EP2326026A1 - Système à courants porteurs en ligne à bus d'énergie à courant continu. - Google Patents

Système à courants porteurs en ligne à bus d'énergie à courant continu. Download PDF

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EP2326026A1
EP2326026A1 EP09176548A EP09176548A EP2326026A1 EP 2326026 A1 EP2326026 A1 EP 2326026A1 EP 09176548 A EP09176548 A EP 09176548A EP 09176548 A EP09176548 A EP 09176548A EP 2326026 A1 EP2326026 A1 EP 2326026A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
coupler
data
mdm
bus
high frequency
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP09176548A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Marc Fossion
Thierry Sartenaer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Thales SA
Original Assignee
Thales SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Thales SA filed Critical Thales SA
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Priority to US12/948,839 priority patent/US20110134976A1/en
Priority to JP2010259069A priority patent/JP2011109670A/ja
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B3/00—Line transmission systems
    • H04B3/54—Systems for transmission via power distribution lines
    • H04B3/56—Circuits for coupling, blocking, or by-passing of signals
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B3/00—Line transmission systems
    • H04B3/54—Systems for transmission via power distribution lines
    • H04B3/548—Systems for transmission via power distribution lines the power on the line being DC
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B2203/00—Indexing scheme relating to line transmission systems
    • H04B2203/54—Aspects of powerline communications not already covered by H04B3/54 and its subgroups
    • H04B2203/5462—Systems for power line communications
    • H04B2203/547—Systems for power line communications via DC power distribution
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B2203/00—Indexing scheme relating to line transmission systems
    • H04B2203/54—Aspects of powerline communications not already covered by H04B3/54 and its subgroups
    • H04B2203/5462—Systems for power line communications
    • H04B2203/5483—Systems for power line communications using coupling circuits

Definitions

  • the invention relates to a power line carrier system or CPL to a DC power bus.
  • CPL Online Carrier Currents or CPL refers to a technology that allows the transfer of digital information through an electrical power distribution line.
  • the PLC technology is commonly used on the low-voltage terrestrial network (alternating current at 50 Hz or 60 Hz). It is also an alternative to traditional cables and Wi-Fi technology.
  • Carrier currents were already used on the terrestrial network for low-speed industrial or home automation applications. It is only since the early 2000s and the generalization of all-digital that they are used by the general public.
  • the principle of power lines is to superpose the electric current of 50 or 60 Hz conventional power, a higher frequency signal and low energy.
  • This second signal propagates on the electrical installation and can be received and decoded remotely.
  • the CPL signal is received by any CPL receiver which is on the same electrical network.
  • Terrestrial LCs are traditionally classified into two categories depending on the rate offered. High-speed LCs use frequencies in the 1.6 to 30 MHz frequency band (HF band 3 to 30 MHz), and low-speed LCs use frequencies in the 9 to 150 kHz frequency band in Europe and from 150 to 450 kHz in the United States.
  • HF band 3 to 30 MHz frequency band 3 to 30 MHz
  • low-speed LCs use frequencies in the 9 to 150 kHz frequency band in Europe and from 150 to 450 kHz in the United States.
  • An integrated coupler at the input of the CPL receivers eliminates the low frequency components before the signal processing.
  • the modem transforms a bit stream into an analog signal for transmission and vice versa for reception, which includes the functions of adding redundancy and reconstitution of the original bit stream or error correction.
  • the present invention particularly targets LC applications on board satellites (space domain), launchers (aerospace domain), and aircraft (aeronautical field).
  • space domain space domain
  • launchers aserospace domain
  • aircraft aircraft
  • CPL technology which allows energy and data to coexist on the same harness, therefore represents a high potential for savings.
  • the invention can also be applied to any type of land or naval vehicle, such as a boat, a train, an automobile, or a truck.
  • the figure 1 illustrates a classic example of an electrical power network architecture of a satellite.
  • This architecture includes a UCEN energy conditioning unit, which acts as a central node in the satellite power supply system.
  • the UCEN energy conditioning unit comprises a solar control unit RS which interfaces with the solar sensor CS to regulate the DC voltage produced on the DC power bus BECC.
  • the UCEN energy conditioning unit also includes an RB control unit of the BAT battery that controls the charging of the BAT battery and the unloading processes.
  • a capacitive smoothing module MCL of the electrical voltage delivered to the energy bus, or DC power supply bus, BECC, is realized in the energy conditioning unit UCEN so that the DC voltage on the bus is maintained.
  • DC energy BECC remains stable in the case of high current transient phases induced by the variable payload behavior.
  • the DC voltage supplied on the bus BECC energy can, for example, be worth 28V, 50V or 100V, depending on the type of satellite and its architecture.
  • a plurality of electrical distribution units or distribution boxes BDi are connected to the energy conditioning unit UCEN. Their role is to provide power, through a number of separate circuits for different EQTi equipment, or payloads, located in the vicinity of BDi distribution box.
  • the distribution box BDi provides for the protection of individual circuits by fuses, as well as devices for monitoring power consumption.
  • power cables provide DC voltage for remote EQTi devices.
  • the power cables consist of a pair of twisted copper wires.
  • the power cables consist of only one conductor, the return of the current being then via the chassis of the satellite.
  • the energy conditioning unit UCEN and the distribution boxes BDi are grouped together in one and the same equipment.
  • the figure 1a illustrates a classic example of an electrical power network architecture of an aircraft, in this case an aircraft equipped with four engines M1, M2, M3, and M4.
  • Each of the motors M1, M2, M3, and M4 includes an associated AC power supply ALIM_AC1, ALIM_AC2, ALIM_AC3, and ALIM_AC4 which typically generates a power supply at 400hz and 115 V on the AC primary power bus.
  • the electric power supply network comprises energy conditioning units UCEN1, UCEN2, UCEN3, and UCEN4, and distribution boxes BD1 and BD2. All of these are connected by high-speed data buses through which commands are received and executed.
  • BECA represents a bus alternating current typically at 400 Hz and 115 V or 230 V.
  • BECC1 represents a DC power bus typically 28 V, and BECC2 represents a high voltage direct current bus typically 270 V.
  • the power supply is distributed to remote BD1 and BD2 distribution boxes, located near the equipment or payloads EQT1, EQT2, EQT3, EQT4 and EQT5.
  • Such an embodiment comprises filtering inductances (section 4, figure 4 .1) which have significant mass and bulk.
  • An object of the invention is to propose an alternative to such a system, with a reduced mass and bulk.
  • the present invention makes it possible to drastically limit the mass and the size of the equipment, by using the same network for energy and data, without filtering inductances.
  • the DC power bus is adapted to operate in differential mode
  • the system includes an electrical voltage coupler of data carrying high frequency signals and a data modem disposed on each line of data. supply downstream of said coupler in electrical current and upstream of said equipment.
  • differential mode one conductor carries the current in the forward direction, and another conductor carries the current in the return direction.
  • the DC power bus is adapted to operate in common mode
  • the system includes a further high frequency data carrying electric current coupler and a data modem disposed on each feed line downstream of the previous coupler in electrical current and upstream of said equipment.
  • common mode at least two conductors carry the current in the forward direction, the current in the return direction being transmitted by a carrier element of the carrier system, such as a conductive frame for a satellite.
  • a respective power supply line of an equipment comprises an electrical current coupler of data carrying high frequency signals and a data modem, and an electrical voltage coupler of data carrying high frequency signals. and a data modem.
  • the invention is particularly reliable, in particular for a system on board an aircraft or a spacecraft such as a satellite.
  • a respective power supply line of an equipment includes an electrical power coupler of data carrying high frequency signals and a data modem, and a another electrical current coupler of high frequency signals carrying data and a data modem.
  • the invention is particularly reliable, in particular for a system on board an aircraft or a spacecraft such as a satellite.
  • said electrical voltage coupler comprises an electrical voltage transformer and one or two coupling capacitors forming a galvanic isolation between said connected modem and said power supply line of said energy bus.
  • said electric current coupler is provided with a primary circuit comprising two uninterrupted copper tracks.
  • the system includes another redundant electrical power coupler and a redundant data modem coupled to said other electrical power coupler.
  • said current coupler is provided with a plurality of secondary windings adapted to measure the direct current consumed on the primary circuit by a 'fluxgate' type technique.
  • This measurement is performed using a technique of flowgate type or 'fluxgate' in English.
  • the 'fluxgate' technique consists of using a magnetic core with high saturation.
  • the flow Continuous measurement injected into the primary circuit, creates a continuous magnetic flux in this nucleus.
  • a variable current of well-chosen shape for example two sinusoids, is injected into a secondary winding.
  • This variable current creates in the core a variable magnetic flux which is superimposed on the continuous magnetic flux generated by the current to be measured.
  • Another secondary winding is used to measure the shape of the flow variation generated by the different currents injected into the other windings. Thanks to the non-linear characteristic of the core used, this shape depends on the level of direct current injected into the primary circuit, which indirectly allows a measurement of this current.
  • an aircraft or a spacecraft comprising a system as described above.
  • a terrestrial or naval vehicle comprising a system as previously described.
  • FIG. 2 there is shown an in-line carrier or CPL system with DC energy bus BECC.
  • the capacitive smoothing module MCL may, for example, include capacitors connected in series.
  • the DC power bus BECC feeds a BD 1 distribution box.
  • the system may include a plurality of distribution boxes similar to BD 1 .
  • the distribution box BD 1 feeds, by a common portion of power supply line, comprising an electric current coupler CCE of data carrying high frequency signals and an MDM data modem.
  • the electric current coupler CCE comprises a capacitor C and an inductor L.
  • two derived power supply lines respectively feed a first equipment EQT 1 and a second equipment EQT 2 .
  • the derived power supply line supplying the first equipment EQT 1 comprises, upstream of the first equipment EQT 1 , a voltage coupler CTE 1 of data carrying high frequency signals and a data modem MDM 1b .
  • the derived power supply line supplying the second EQT equipment 2 comprises, upstream of the second EQT equipment 2 , a CTE 2 electrical voltage coupler of data carrying high frequency signals and an MDM data modem 2b .
  • the electrical voltage coupler CTE 1 of data carrying high frequency signals comprises two respective capacitors C 1b and C 1c , and an inductance L 1b .
  • the CTE 2 electrical voltage coupler of data carrying high frequency signals comprises two respective capacitors C 2b and C 2c , and an inductance L 2b
  • the figure 3 illustrates another point-to-point embodiment between the power supply BD1 and the equipment EQT 1 .
  • this point-to-point connection can be present in large numbers in a duplicate manner.
  • Such a system is in power and point-to-point communication, which limits the risk of propagation of multiple failures.
  • the figure 3a illustrates a variant of the point-to-point embodiment between the power supply unit BD1 and the equipment EQT 1 for which the electrical current coupler CCE x2 is redundant in the sense that it comprises two coupling inductances L and L ', and only two data modems MDM and MDM '.
  • This redundant mode can naturally also be applied in the case of a point-to-multipoint realization.
  • the figure 3b illustrates the system as it should be implemented when using a DC power bus in common mode, with DC power returning through the CH chassis.
  • the conductor is separated into two strands BR 1 , BR 2 of smaller section.
  • the DC current I dc flows in the same direction within these two strands BR 1 , BR 2 , then returns by the chassis CH.
  • An MDM data modem and a CCE current coupler are used on the BD 1 distribution box side.
  • Another MDM data modem 3 and another CCE 3 current coupler (including an inductor L 3 ) are used on the EQT 1 equipment side.
  • the high frequency signals carrying data I ac circulate in differential mode on the two conductors, in the part of the circuit limited by the two connectors CNT 1 , CNT 2 .
  • the two strands, or branches BR 1 , BR 2 meet upstream of the equipment EQT 1 .
  • an input filter as represented on the figure 4 is present to filter the high frequency signals.
  • the inductance L x and the capacitors C x and C y provide filtering common mode, ie prevent high frequency signals generated in common mode on the BECC supply bus from entering the i EQT equipment or payload , and vice versa.
  • the inductance L y and capacitor C z provide differential filtering, ie they act as a low pass filter for the high frequency signals between the BECC power bus and the EQT equipment i .
  • the invention proposes an asymmetrical coupling, in the case of a differential mode or symmetrical energy bus, in the case of a common mode energy bus, and an advantageous point-to-point embodiment.
  • the signals are Isolated between the different lines of equipment EQT i , which drastically limits the problems of reliability, because a problem on a device is decorrelated from the operation of other equipment.
  • the electric current coupler CCE is provided with a primary circuit comprising two uninterrupted copper tracks. This limits the presence of welds and coils, and parasitic impedances associated.
  • the CCE electric current coupler is also provided with a ferrite core around which there is a secondary winding connected to the PLC modem.
  • the in-line carrier current systems generally comprise a distribution box, in which electrical current measurements are taken to monitor the consumption of the load, and in which a respective current-limiting fuse is present.
  • Equipment to prevent a failure of equipment from shunting all or part of the system including a satellite, a rocket or an aircraft.
  • the secondary winding of the electrical current coupler can be used to measure the primary current using a 'fluxgate' type technique, and thus the space occupied by the conventional measurement equipment of the distribution box. can be recovered.

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  • Signal Processing (AREA)
  • Cable Transmission Systems, Equalization Of Radio And Reduction Of Echo (AREA)

Abstract

Système à courants porteurs en ligne à bus d'énergie à courant continu (BECC), comprenant : - une source d'alimentation en énergie (SAE); - un moyen capacitif de lissage (MCL) de la tension électrique délivrée par ladite source (SAE) audit bus (BECC); - au moins un boîtier de distribution (BD 1 ) alimenté par ledit bus (BECC) et dédié à au moins un équipement (EQT 1 , EQT 2 ); et - un coupleur en courant électrique (CCE) de signaux de hautes fréquences porteurs de données et un modem de données (MDM), liés audit boîtier de distribution (BD 1 ) et à au moins une ligne d'alimentation respective d'un équipement (EQT 1 , EQT 2 ).

Description

  • L'invention porte sur un système à courants porteurs en ligne ou CPL à bus d'énergie à courant continu.
  • Le terme Courants Porteurs en Ligne ou CPL réfère à une technologie permettant le transfert d'informations numériques en passant par une ligne de distribution d'énergie électrique. En particulier, la technologie CPL est couramment utilisée sur le réseau terrestre à basse tension (courant alternatif à 50 Hz ou 60 Hz). Aussi, elle constitue une alternative aux traditionnels câbles et à la technologie Wi-Fi.
  • Les courants porteurs étaient déjà utilisés sur le réseau terrestre pour des applications à bas débit industrielles ou de domotique. Ce n'est que depuis le début des années 2000 et la généralisation du tout-numérique qu'ils sont utilisés par le grand public.
  • Dans le cadre des applications terrestres, le principe des courants porteurs en ligne consiste à superposer au courant électrique de 50 ou 60 Hz d'alimentation classique, un signal à plus haute fréquence et de faible énergie. Ce deuxième signal se propage sur l'installation électrique et peut être reçu et décodé à distance. Ainsi le signal CPL est reçu par tout récepteur CPL qui se trouve sur le même réseau électrique.
  • On classe traditionnellement les CPL terrestres en deux catégories en fonction du débit offert. Les CPL à haut débit utilisent des fréquences dans la bande de fréquences de 1,6 à 30 MHz (bande HF allant de 3 à 30 MHz), et les CPL à bas débit utilisent des fréquences dans la bande de fréquences de 9 à 150 kHz en Europe et de 150 à 450 kHz aux États-Unis.
  • En haut comme en bas débit, la communication est soumise aux bruits et aux atténuations. Il est donc nécessaire de mettre en oeuvre de la redondance, par exemple sous la forme de codes correcteurs d'erreurs. Un coupleur intégré en entrée des récepteurs CPL élimine les composantes basses fréquences avant le traitement du signal. Le modem transforme un flux de bits en signal analogique pour l'émission et inversement en réception, celui-ci inclut les fonctions d'ajout de la redondance et de reconstitution du flux de bits original ou correction d'erreur.
  • De manière similaire aux CPL fonctionnant sur le réseau terrestre, des applications voient le jour à bord de tous types de véhicules, tels les automobiles, camions, trains, bateaux, avions, ou satellites. Le principe reste identique : les câbles initialement destinés à la distribution d'énergie électrique à bord du véhicule sont réutilisés pour transmettre des signaux de communication à plus haute fréquence. En fonction du type de véhicule concerné, il est possible d'utiliser des alimentations électriques à courant alternatif (AC), ou à courant continu (DC).
  • La présente invention vise particulièrement les applications CPL à bord des satellites (domaine spatial), des lanceurs (domaine aérospatial), et des avions (domaine aéronautique). Dans ces domaines, la masse et l'encombrement engendrés par le câblage à bord des aéronefs/astronefs représentent un coût important qu'il convient de limiter autant que possible. La technologie CPL, qui permet de faire coexister énergie et données sur le même harnais, représente donc un potentiel élevé d'économie.
  • Toutefois, l'invention peut également s'appliquer à tout type de véhicule terrestre ou naval, tels un bateau, un train, une automobile, ou un camion.
  • La figure 1 illustre un exemple classique d'architecture de réseau d'alimentation en énergie électrique d'un satellite.
  • Cette architecture comprend une unité de conditionnement d'énergie UCEN, qui agit comme un noeud central dans le système d'alimentation en énergie du satellite. L'unité de conditionnement d'énergie UCEN comprend un ensemble de régulation solaire RS qui s'interface avec le capteur solaire CS pour réguler la tension continue produite sur le bus d'énergie à courant continu BECC. L'unité de conditionnement d'énergie UCEN comprend également un ensemble de régulation RB de la batterie BAT qui contrôle la recharge de la batterie BAT et les processus de déchargement.
  • Un module capacitif de lissage MCL de la tension électrique délivrée au bus d'énergie, ou bus d'alimentation, à courant continu BECC, est réalisé dans l'unité de conditionnement d'énergie UCEN pour que la tension continue sur le bus d'énergie à courant continu BECC reste stable dans le cas de phases transitoires de courant élevé induit par le comportement de charge utile variable. La tension continue fournie sur le bus d'énergie BECC peut, par exemple, valoir 28V, 50V ou 100V, selon le type de satellite et son architecture.
  • Une pluralité d'unités de distribution électrique ou boîtiers de distribution BDi sont connectées à l'unité de conditionnement d'énergie UCEN. Leur rôle est de fournir de l'énergie, à travers un certain nombre de circuits séparés pour les différents équipements EQTi, ou charges utiles, situés dans le voisinage du boîtier de distribution BDi. Le boîtier de distribution BDi prévoit la protection des circuits individuels par des fusibles, ainsi que des dispositifs de surveillance de la consommation électrique.
  • D'un boîtier de distribution BDi, des câbles de puissance fournissent la tension continue pour des équipements distants EQTi. Généralement, les câbles de puissance sont constitués d'une paire de fils de cuivre torsadés. Dans certains cas, les câbles de puissance ne sont constitués que d'un seul conducteur, le retour du courant se faisant alors via le châssis du satellite. Dans des satellites de petite taille, l'unité de conditionnement d'énergie UCEN et les boîtiers de distribution BDi sont regroupés en un même équipement.
  • La figure 1a illustre un exemple classique d'architecture de réseau d'alimentation en énergie électrique d'un avion, en l'espèce d'un avion muni de quatre moteurs M1, M2, M3, et M4.
  • Chacun des moteurs M1, M2, M3, et M4 comprend une alimentation en courant alternatif associée ALIM_AC1, ALIM_AC2, ALIM_AC3, et ALIM_AC4 qui génère typiquement une alimentation à 400hz et 115 V sur le bus d'alimentation primaire à courant alternatif.
  • Le réseau d'alimentation en énergie électrique comprend des unités de conditionnement d'énergie UCEN1, UCEN2, UCEN3, et UCEN4, et des boîtiers de distribution BD1 et BD2. Tous ces éléments sont reliés par des bus de données à haute vitesse par lesquels les commandes sont reçues et exécutées.
  • L'énergie d'alimentation alternative primaire délivrée par les alimentations en courant alternatif ALIM_AC1, ALIM_AC2, ALIM_AC3, et ALIM_AC4 est généralement convertie, au moyen de transformateurs et de redresseurs. Trois sortes de bus de puissance BECA, BECC1 et BECC2 relient les unités de conditionnement d'énergie UCEN1, UCEN2, UCEN3, et UCEN4, et les boîtiers de distribution BD1 et BD2. BECA représente un bus à courant alternatif typiquement à 400 Hz et de 115 V ou 230 V. BECC1 représente un bus d'énergie à courant continu typiquement de 28 V, et BECC2 représente un bus d'énergie à courant continu de haute tension typiquement de 270 V.
  • L'alimentation électrique est distribuée aux boîtiers de distribution BD1 et BD2, distants, localisés à proximité des équipements ou charges utiles EQT1, EQT2, EQT3, EQT4 et EQT5.
  • La redondance est assurée par le fait de lier chaque boîtier de distribution BD1, BD2 à chaque unité de conditionnement d'énergie UCEN1, UCEN2, UCEN3, et UCEN4.
  • L'utilisation de technologie à courants porteurs en ligne, permet d'éviter d'avoir deux réseaux séparés, l'un pour l'alimentation en énergie électrique des éléments, et l'autre pour les communications de données.
  • L'utilisation de courants porteurs en ligne permet de limiter drastiquement le nombre de connecteurs et de fils, ce qui permet de limiter sensiblement la masse et l'encombrement du harnais, par exemple embarqué dans un aéronef ou un satellite.
  • Le document " IPONS, A NEW CONCEPT FOR INTEGRATED POWER AND DATA DISTRIBUTION ONBOARD SATELLITES " (Oliver Scholz, Michael Gotsmann, Klaus Dostert, Matthias Gollor) illustre un mode de réalisation d'un réseau commun à l'alimentation en énergie électrique et à la communication de données pour un satellite.
  • Toutefois, un tel mode de réalisation comprend des inductances de filtrage (section 4, figure 4.1) qui ont une masse et un encombrement importants.
  • Un but de l'invention est de proposer une alternative à un tel système, avec une masse et un encombrement diminués.
  • Il est proposé, selon un aspect de l'invention, un système à courants porteurs en ligne à bus d'énergie à courant continu, comprenant :
    • une source d'alimentation en énergie;
    • un moyen capacitif de lissage de la tension électrique délivrée par ladite source audit bus;
    • au moins un boîtier de distribution alimenté par ledit bus et dédié à au moins un équipement; et
    • un coupleur en courant électrique de signaux de hautes fréquences porteurs de données et un modem de données, liés audit boîtier de distribution et à au moins une ligne d'alimentation respective d'un équipement.
  • La présente invention permet de limiter drastiquement la masse et l'encombrement des équipements, en utilisant un même réseau pour l'énergie et les données, cela sans inductances de filtrage.
  • Dans un mode de réalisation, le bus d'énergie à courant continu est adapté pour fonctionner en mode différentiel et le système comprend un coupleur en tension électrique de signaux de hautes fréquences porteurs de données et un modem de données, disposés sur chaque ligne d'alimentation en aval dudit coupleur en courant électrique et en amont dudit équipement. En mode différentiel, un conducteur transporte le courant dans le sens aller, et un autre conducteur transporte le courant dans le sens retour.
  • Dans un autre mode de réalisation, le bus d'énergie à courant continu est adapté pour fonctionner en mode commun, et le système comprend un autre coupleur en courant électrique de signaux de hautes fréquences porteurs de données et un modem de données, disposés sur chaque ligne d'alimentation en aval du précédent coupleur en courant électrique et en amont dudit équipement. En mode commun, au moins deux conducteurs transportent le courant dans le sens aller, le courant en sens retour étant transmis par un élément du porteur du système à courants porteurs, tel un châssis conducteur pour un satellite.
  • Selon un mode de réalisation, une ligne d'alimentation respective d'un équipement comprend un coupleur en courant électrique de signaux de hautes fréquences porteurs de données et un modem de données, et un coupleur en tension électrique de signaux de hautes fréquences porteurs de données et un modem de données.
  • En cas de liaison point à point, en mode différentiel, entre un boîtier de distribution et un équipement, l'invention est particulièrement fiable, notamment pour un système embarqué à bord d'un aéronef ou d'un astronef tel un satellite.
  • Dans un mode de réalisation, une ligne d'alimentation respective d'un équipement comprend un coupleur en courant électrique de signaux de hautes fréquences porteurs de données et un modem de données, et un autre coupleur en courant électrique de signaux de hautes fréquences porteurs de données et un modem de données.
  • En cas de liaison point à point, en mode commun, entre un boîtier de distribution et un équipement, l'invention est particulièrement fiable, notamment pour un système embarqué à bord d'un aéronef ou d'un astronef tel un satellite.
  • Dans un mode de réalisation, ledit coupleur en tension électrique comprend un transformateur en tension électrique et un ou deux condensateurs de couplage formant une isolation galvanique entre ledit modem lié et ladite ligne d'alimentation dudit bus d'énergie.
  • L'utilisation d'un tel transformateur permet une isolation galvanique entre le modem de données et le bus d'énergie ou bus de puissance, en cas de problème avec les deux condensateurs de couplage. Il permet également de protéger le modem en cas de brusques périodes transitoires de courant sur le bus de puissance.
  • Selon un mode de réalisation, ledit coupleur en courant électrique est muni d'un circuit primaire comprenant deux pistes en cuivre ininterrompues.
  • On évite ainsi la présence de soudures qui créent des impédances parasites, ainsi que l'utilisation d'enroulements (bobines) qui modifient inévitablement l'impédance du bus de puissance.
  • Dans un mode de réalisation, le système comprend un autre coupleur en courant électrique en redondance et un modem de données redondant lié audit autre coupleur en courant électrique.
  • Ainsi, que l'on soit dans une liaison point-multipoints entre un boîtier de distribution et plusieurs équipements, ou dans une liaison point-à-point entre le boîtier de distribution et un équipement, en cas de panne du coupleur en courant électrique, le coupleur monté en redondance prend le relai.
  • Dans un mode de réalisation, ledit coupleur en courant est muni de plusieurs enroulements secondaires adaptés pour mesurer le courant continu consommé sur le circuit primaire par une technique de type 'fluxgate'.
  • Cette mesure est effectuée à l'aide d'une technique de type vanne de flux ou 'fluxgate' en langue anglaise. La technique 'fluxgate' consiste à utiliser un noyau magnétique présentant une forte saturation. Le courant continu à mesurer, injecté dans le circuit primaire, crée un flux magnétique continu dans ce noyau. Un courant variable, de forme bien choisie, par exemple deux sinusoïdes, est injecté dans un enroulement secondaire. Ce courant variable crée dans le noyau un flux magnétique variable qui se superpose au flux magnétique continu engendré par le courant à mesurer. Un autre enroulement secondaire est utilisé pour mesurer la forme de la variation de flux engendrée par les différents courants injectés dans les autres enroulements. Grâce à la caractéristique non-linéaire du noyau utilisé, cette forme dépend du niveau de courant continu injecté dans le circuit primaire, ce qui permet indirectement une mesure de ce courant.
  • Grâce à l'utilisation de la technique 'fluxgate' pour la mesure du courant continu consommé sur le circuit primaire, un gain de place est possible, car il est inutile de prévoir un autre dispositif dédié à cette fonction.
  • Selon un autre aspect de l'invention, il est également proposé un aéronef ou un astronef comprenant un système tel que décrit précédemment.
  • En l'espèce, pour un tel système intégré à un aéronef ou un astronef, il faut la présence de deux conducteurs de puissance entre le boitier de distribution BDi et les différents équipements EQTi. Les signaux CPL à haute fréquence doivent en effet être couplés en mode différentiel sur la ligne de puissance. Hors, il arrive dans certaines configurations d'aéronefs/astronefs qu'un seul conducteur de puissance soit utilisé pour relier les équipements au boitier de distribution. Dans ces systèmes, le courant de retour transite par le châssis de l'aéronef/astronef, auquel tous les équipements électriques sont reliés. Une variante de cette configuration, déjà couramment utilisée en pratique pour éviter des câbles en cuivre de section trop importante, et qui devra obligatoirement être utilisée pour être compatible avec la technique CPL, consiste à séparer le câble de puissance unique en au moins deux câbles de section plus petite transportant chacun une partie du courant de puissance. Le courant de retour continue à transiter par le châssis, et l'encombrement global n'est pas modifié vu qu'un câble de section 'S' est remplacé par deux câbles de section 'S/2'. Ces deux câbles sont alors utilisée en mode commun pour le transport de l'énergie électrique, et en mode différentiel pour le transport de données CPL. L'intérêt de limiter ainsi la section des câbles réside dans la diminution de rigidité qui en résulte, ainsi que dans la possibilité de partager les broches d'un même connecteur entre la distribution d'énergie et la distribution de signaux de communication de faible puissance : plusieurs broches sont alors affectées à la distribution d'énergie, chaque broche recevant ainsi un courant d'amplitude raisonnable. Cette configuration existe depuis de nombreuses années dans le domaine de la distribution d'énergie à bord des satellites.
  • Pour utiliser la technique CPL dans cette configuration particulière, un couplage en courant est nécessaire à chaque extrémité du bus de puissance : en effet, la mise en court-circuit des deux câbles de section S/2 au niveau du connecteur final empêche l'utilisation du couplage en tension.
  • Selon un autre aspect de l'invention, il est également proposé un véhicule terrestre ou naval comprenant un système tel que précédemment décrit.
  • L'invention sera mieux comprise à l'étude de quelques modes de réalisation décrits à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés sur lesquels :
    • la figure 1 illustre schématiquement un satellite à bus d'énergie à courant continu, de l'état de la technique ;
    • la figure 1a illustre un exemple classique d'architecture de réseau d'alimentation en énergie électrique d'un avion ;
    • la figure 2 illustre un système point-à-multipoint, selon un aspect de l'invention ;
    • la figure 3 illustre un système point-à-point, selon un aspect de l'invention ;
    • la figure 3a illustre un système point-à-point avec redondance, selon un aspect de l'invention ;
    • la figure 3b illustre un système avec couplage en courant de chaque côté du bus, adapté aux bus de puissance avec retour de courant par le châssis, selon un aspect de l'invention ;
    • la figure 4 illustre un filtre en entrée d'un équipement ; et
    • la figure 5 illustre un mode de réalisation dans lequel un coupleur en courant électrique est muni d'un circuit primaire comprenant deux pistes en cuivre ininterrompues.
  • Sur les différentes figures, les éléments ayant des références identiques sont identiques.
  • Sur la figure 2, est représenté un système à courants porteurs en ligne ou CPL à bus d'énergie à courant continu BECC. Un module capacitif de lissage MCL de la tension électrique délivrée par une source d'alimentation en énergie SAE, au bus d'énergie à courant continu BECC. Le module capacitif de lissage MCL, peut, par exemple, comprendre des condensateurs montés en série. Le bus d'énergie à courant continu BECC aliment un boîtier de distribution BD1. En variante, le système peut comprendre une pluralité de boîtiers de distribution similaires au boîtier BD1.
  • Le boîtier de distribution BD1 alimente, par une portion commune de ligne d'alimentation, comprenant un coupleur en courant électrique CCE de signaux de hautes fréquences porteurs de données et un modem de données MDM. Sur cet exemple, le coupleur en courant électrique CCE comprend un condensateur C et une inductance L.
  • En sortie du coupleur en courant électrique CCE, deux lignes d'alimentations dérivées alimentent respectivement un premier équipement EQT1 et un deuxième équipement EQT2. La ligne d'alimentation dérivée alimentant le premier équipement EQT1 comprend, en amont du premier équipement EQT1, un coupleur en tension électrique CTE1 de signaux de hautes fréquences porteurs de données et un modem de données MDM1b. De même, la ligne d'alimentation dérivée alimentant le deuxième équipement EQT2 comprend, en amont du deuxième équipement EQT2, un coupleur en tension électrique CTE2 de signaux de hautes fréquences porteurs de données et un modem de données MDM2b.
  • Le coupleur en tension électrique CTE1 de signaux de hautes fréquences porteurs de données, comprend deux condensateurs respectifs C1b et C1c, et une inductance L1b. De manière similaire, le coupleur en tension électrique CTE2 de signaux de hautes fréquences porteurs de données, comprend deux condensateurs respectifs C2b et C2c, et une inductance L2b
  • On a donc une distribution point à multipoint.
  • La figure 3 illustre un autre mode de réalisation point à point entre le boîtier d'alimentation BD1 et l'équipement EQT1. Bien entendu cette liaison point à point peut être présente en grand nombre de manière dupliquée. Ainsi un tel système est en alimentation et communication point à point, ce qui limite les risques de propagation de pannes multiples.
  • La figure 3a illustre une variante du mode de réalisation point à point entre le boîtier d'alimentation BD1 et l'équipement EQT1 pour laquelle le coupleur en courant électrique CCEx2 est redondant dans le sens où il comprend deux inductances de couplage L et L', ainsi que deux modems de données MDM et MDM'. Ce mode redondant peut naturellement aussi être appliqué dans le cas d'une réalisation point à multipoint.
  • La figure 3b illustre le système tel qu'il doit être implémenté lors de l'utilisation d'un bus d'énergie à courant continu en mode commun, avec retour du courant continu par le châssis CH. Entre le connecteur CNT1 du boitier de distribution BD1 et le connecteur CNT2 de l'équipement EQT1, représentés sur cette figure, le conducteur est séparé en deux brins BR1, BR2 de section plus petite. Le courant continu Idc circule dans le même sens au sein de ces deux brins BR1, BR2, puis revient par le châssis CH. Un modem de données MDM et un coupleur en courant CCE sont utilisés du côté du boitier de distribution BD1. Un autre modem de données MDM3 et un autre coupleur en courant CCE3 (comprenant une inductance L3) sont utilisés du côté de l'équipement EQT1. Les signaux de hautes fréquences porteurs de données Iac circulent en mode différentiel sur les deux conducteurs, dans la partie du circuit limitée par les deux connecteurs CNT1, CNT2. En sortie du connecteur CNT2, les deux brins, ou branches BR1, BR2, se rejoignent en amont de l'équipement EQT1.
  • Dans les différents équipements EQTi cités précédemment, un filtre d'entrée, tel que représenté sur la figure 4 est présent pour filtrer les signaux de hautes fréquences.
  • L'inductance Lx et les condensateurs Cx et Cy assurent le filtrage en mode commun, i.e. empêchent les signaux de hautes fréquences générés en mode commun sur les bus d'alimentation BECC d'entrer dans l'équipement EQTi ou charge utile, et vice-versa. L'inductance Ly et le condensateur Cz assurent le filtrage en mode différentiel, i.e. ils agissent comme un filtre passe-bas pour les signaux de hautes fréquences entre le bus d'alimentation BECC et l'équipement EQTi.
  • L'invention propose un couplage asymétrique, dans le cas d'un bus d'énergie en mode différentiel, ou symétrique, dans le cas d'un bus d'énergie en mode commun, et un mode de réalisation avantageux point à point. En effet, dans le mode de réalisation point à point, les signaux sont isolés entre les différentes lignes des équipements EQTi, ce qui limite drastiquement les problèmes de fiabilité, car un problème sur un équipement est décorrélé du fonctionnement des autres équipements.
  • Comme illustré sur la figure 5, le coupleur en courant électrique CCE est muni d'un circuit primaire comprenant deux pistes en cuivre ininterrompues. Cela limite la présence de soudures et bobinages, et des impédances parasites associées. Le coupleur en courant électrique CCE est également muni d'un noyau en ferrite autour duquel se trouve un enroulement secondaire relié au modem CPL.
  • Les systèmes à courants porteurs en ligne de l'état de la technique comprennent généralement un boîtier de distribution, dans lequel ont lieu des mesures de courant électrique pour surveiller la consommation de la charge, et dans lequel est présent un fusible limiteur de courant respectif d'un équipement pour éviter qu'une panne d'un équipement ne court-circuite tout ou partie du système, notamment dans un satellite, une fusée ou un avion.
  • Dans la présente invention, l'enroulement secondaire du coupleur en courant électrique, peut être utilisé pour mesurer le courant primaire en utilisant une technique de type 'fluxgate', et ainsi l'espace occupé par l'équipement de mesure classique du boîtier de distribution peut être récupéré.
  • On limite ainsi le volume utilisé, et le coût qui en découle, notamment dans les domaines spatial et aéronautique.

Claims (11)

  1. Système à courants porteurs en ligne à bus d'énergie à courant continu (BECC), comprenant :
    - une source d'alimentation en énergie (SAE);
    - un moyen capacitif de lissage (MCL) de la tension électrique délivrée par ladite source (SAE) audit bus (BECC);
    - au moins un boîtier de distribution (BD1) alimenté par ledit bus (BECC) et dédié à au moins un équipement (EQT1, EQT2);
    caractérisé en ce qu'il comprend un coupleur en courant électrique (CCE) de signaux de hautes fréquences porteurs de données et un modem de données (MDM), liés audit boîtier de distribution (BD1) et à au moins une ligne d'alimentation respective d'un équipement (EQT1, EQT2).
  2. Système selon la revendication 1, dans lequel le bus d'énergie à courant continu (BECC) est adapté pour fonctionner en mode différentiel, et comprend un coupleur en tension électrique (CTE1, CTE2) de signaux de hautes fréquences porteurs de données et un modem de données (MDM1b, MDM2b), disposés sur chaque ligne d'alimentation en aval dudit coupleur en courant électrique (CCE) et en amont dudit équipement.
  3. Système selon la revendication 1, dans lequel le bus d'énergie à courant continu (BECC) est adapté pour fonctionner en mode commun et comprend un autre coupleur en courant électrique (CCE3) de signaux de hautes fréquences porteurs de données et un modem de données (MDM3), disposés sur chaque ligne d'alimentation en aval du précédent coupleur en courant électrique (CCE) et en amont dudit équipement.
  4. Système selon la revendication 2, dans lequel une ligne d'alimentation respective d'un équipement (EQT1) comprend un coupleur en courant électrique (CCE) de signaux de hautes fréquences porteurs de données et un modem de données (MDM), et un coupleur en tension électrique (CTE1) de signaux de hautes fréquences porteurs de données et un modem de données (MDM1b).
  5. Système selon la revendication 3, dans lequel une ligne d'alimentation respective d'un équipement (EQT1) comprend un coupleur en courant électrique (CCE) de signaux de hautes fréquences porteurs de données et un modem de données (MDM), et un autre coupleur en courant électrique (CCE3) de signaux de hautes fréquences porteurs de données et un modem de données (MDM3).
  6. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ledit coupleur en tension électrique (CTE1) comprend un transformateur en tension électrique et un ou deux condensateurs de couplage formant une isolation galvanique entre ledit modem lié (MDM1b) et ladite ligne d'alimentation dudit bus d'énergie (BECC).
  7. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ledit coupleur en courant électrique est muni d'un circuit primaire comprenant deux pistes en cuivre ininterrompues.
  8. Système selon l'une des revendications précédentes, comprenant un autre coupleur en courant électrique en redondance et un modem de données redondant (MDM') lié audit autre coupleur en courant électrique.
  9. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ledit coupleur en courant est muni d'enroulements secondaires adaptés pour mesurer le courant continu consommé sur le circuit primaire par une technique de type 'fluxgate'.
  10. Aéronef ou astronef comprenant un système selon l'une des revendications précédentes.
  11. Véhicule terrestre ou naval comprenant un système selon l'une des revendications précédentes.
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